Name: finite element modelling of a cellular electric microenvironment
Uploaded: 2021-05-18T12:30:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Finite Element Modelling of a Cellular Electric Microenvironment at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית הדוקטורט של Wellcome Trust ל-4 שנים בביולוגיה כמותית וביופיזית

למחברים אין מה לחשוף.

הפרוטוקול המוצע מציע פתרון מידול אחיד לפיגומים טבעיים ומלאכותיים ומדגיש את הצורך לשקול את הננו-מבנה של פיגומים סיביים בעת בדיקת ההשפעות של EF על תאים שנזרעו על חומרים כאלה. למרות קירוב גס לעוצמת EF (הפרש פוטנציאל אלקטרודה חלקי המרחק בין האלקטרודות) יוביל אותנו לצפות לעוצמת שדה של 100 mV/מ"מ, סימולציות מנבאות עוצמות שדה נייחות גבוהות עד 30% באזורים שונים של המחצלת (איור 5). תוצאה זו צריכה לעניין בעיצוב ניסוי ES ופרשנות נתונים, כמו מוות תאים יכול להיגרם על ידי EFs חזק מדי. חשיפת המיקרו-סביבה החשמלית תאפשר מתאם ישיר בין ES להתפתחות התאית. בעוד מספר מחקרים מציגים ניתוח מורפולוגי מפורט של הפיגומים המשומשים33,43,59, הם אינם חוקרים את יחסי הגומלין בין המבנה, תכונות חשמליות של החומרים ואת EF. פרוטוקול זה יכול לאפשר קישור זה, כמו פרמטרים כגון רדיוס סיבים, עובי שכבת ציפוי, מרחק בין סיבים ומאפיינים חשמליים של חומרי הרכיב ניתן לשנות על פי כל ניסוי על ידי שינוי ההגדרות הגלובליות בשלבים 1.2 ו 1.3. לפיכך, ניתן לבצע טעינה תלת-ממדית מותאמת אישית ותחזיות צפיפות נוכחיות עבור משטרי ES סטטיים ודינמיים כאחד.
ניתן למקד את מיטוב עיצוב הפיגומים באמצעות דגמי RNC ו- RNCd עם מחקרים רחבים בטווח הפרמטרים, תוך הרחבת המורפולוגיות המוצעות או חלקים מהם. לחלופין, ניתן לחקור תצורות פיגומים אחרות באמצעות הפרוטוקול המוצע על-ידי שינוי סוגי המערך מלווים-ממדיים בסעיף 1.6.5 והתאמת גיאומטריית פיגומים בסעיף 1.6.2. עם זאת, אופטימיזציה פיגומים לא יכול להיעשות ללא מטרה. בעוד למטרות הנדסת רקמות המוקד העיקרי הוא גורל התא, תמונה ברורה יותר על מה גירויים הם הגורמים העיקריים שלה חיוני אם השליטה האמינה שלה רצויה. המטען וצפיפות הזרם הם מתארים טובים של מיקרו-סביבה חשמלית תאית כשהם מראים את יחסי הגומלין בין ה- EF לבין המאפיינים החשמליים של החומרים המרכיבים השונים של פיגומים מורכבים כגון ECM. הפרוטוקול מראה כיצד לחשב תחזיות עבור מדדים אלה בהתחשב בגיאומטריית פיגומים ננופיברו ומדגיש את החשיבות של זווית היישור של הסיבים עם EF. לאחר מכן ניתן לקשר תחזיות של מטען וצפיפות נוכחית להתפתחות תאית ולכן משטרי פיגומים ו- ES עשויים להיות מותאמים למשימות ספציפיות.
מעניין, מחקר מראה כי חשיפה EF יצר מתח מכני יותר מכפול כוח בסרטים מרוכבים עם nanofibers בניצב EF החיצוני לעומת סרטים עם יישור מקביל60. הלחץ המכני המדווח יכול להיות תוצאה של כוחות קולון הפועלים בין סיבים טעונים, הצפויים על ידי סימולציות המודל הגס (RC, RNC, RNCd) (איור 6). בעוד סימולציות אלה יכול להיות שימושי בחקירת השערה זו, יש לציין כי תוצאות הניסוי שדווחו התקבלו במערכת עם צימוד קיבוליות, ואת הסימולציה מציג צימוד ישיר. 
גורם מגביל לשימושים אפשריים עתידיים בפרוטוקול להערכת אות קלט סלולרי הוא אי-ודאות הפרמטר. פרמטרים גיאומטריים לא בטוחים הם ציפוי עובי שכבת ומרחק בין ליבות סיבים. הראשון יכול להסיק על ידי מציאת הערך שמוביל לעכבה בתפזורת שניתן לאמת באופן ניסיוני. השני ניתן לחלץ מתוך סריקות חומר ברזולוציה גבוהה. פרמטרים המתארים את המאפיינים הפיזיים של החומרים מושפעים גם מחוסר הוודאות. עם זאת, המוליכות החשמלית וקבוע הדיאלקטרי של חומרים מופת שונים בהרבה מדיוק המדידה הניסיוני(טבלה 2). לכן, ההשפעות המדווחות יישמרו למרות שגיאות מדידה מתונות.
התוצאות מראות כיצד לא מספיק מורכבות מודל עשויה להסתיר מידע רלוונטי. חשוב להכיר בכך שהפרוטוקול מדמה גרסה פשוטה יותר של התופעה הפיזית המתרחשת מכיוון שהוא אינו מסביר את אופיים השונה של החומרים המעורבים בתהליך - מוליך (אלקטרודות), מוליכים למחצה (ציפוי), דיאלקטרי (ליבות סיבים) ואלקטרוליטיים (החומר שמסביב) - המסוגלים להשפיע על הובלת המטען. ניתן להסביר בעיה זו בהרחבות מודל עתידיות על ידי הוספת עיכובים בהעברת אנרגיה בממשקים (כלומר, תגובות פאראדיות) ועיכובים בהובלה יונים בתוך האלקטרוליט. עם זאת, הוספת מורכבות צריכה להיות מונחית על ידי אימות ניסיוני, כמודל פשוט שמשחזר את רוב מה שנצפו הוא שימושי יותר מאשר אחד מדויק להפליא שמוסיף מעט יותר מידע אבל הוא רגיש מאוד לאי הוודאות של פרמטרים מכוננים רבים.
כמו המטרה הסופית של הנדסת רקמות היא ליצור bioreactors כי לא רק לחקות היבט אחד או שניים של סביבות in vivo, אבל לשכפל ולשלוט בכל רמזים התפתחותיים הסלולר61, אלקטרומגנטי ומכאני במודלים סיליקו, כמו גם מודלים של העברת חום בין רכיבי bioreactor יהיה צורך לשלב. בשלב הדוגמנות הבא, ניתן להוסיף גם תופעות צימוד בין אינטראקציות כגון חימום אוהמי, זרימת נוזלים אלקטרוליטיים, עיוותי פיגומים מורפולוגיים בתגובה לגירוי חשמלי60 ופיזואלקטריות62. עם זאת, מודלים יש למזג רק לאחר כל אחד מהם אומת באופן ניסיוני. בדרך זו, אנו יכולים לקבל הבנה טובה יותר של ההשפעה של כל רכיב במיקרו-סביבה התאית, וכיצד ניתן למטב גירויים. 
אם המודל המוצע מאומת באופן ניסיוני, ניתן לשלב אותו עם מודלים של תאים ביולוגיים - איור 1. דפוסי צפיפות מטען ואפנונים יכולים להשפיע באופן לא סימטרי על פעילות משאבות היון הספציפיות, להשפיע על ההתקשרות לסיבי החלבונים המניעים הידבקות ממברנה63 ומכאן הגירה מנחה, דפוסי התפשטות ומורפוגנזה64. חקר השערות אלה הוא הדרך קדימה בהבנת המנגנונים העומדים בבסיס תגובות הרקמות והתאים ל- ES.

ES הוא השימוש ב- EFs במטרה לשלוט בתאים ביולוגיים וברקמות. המנגנון שלה מבוסס על הגירוי הפיזי המועבר לתא כאשר הביומולקולות בתוכו וסביבתו נחשפות לשיפוע מתח שנוצר חיצונית. חלקיקים טעונים עוסקים בתנועה מאורגנת הנשלטת על ידי החוק של קולון, ומייצרת כוחות גרירה על החלקיקים הלא טעונים. זרימת הנוזלים והתפלגות המטען המתקבלת משנים את פעילויות התאים ואת הפונקציות כגון הידבקות, התכווצות, הגירה, אוריינטציה, בידול והתפשטות1 כאשר התא מנסה להסתגל לשינוי בתנאים המיקרו-נגיפים.
כמו EFs הם נשלטים, לא פולשני, לא פרמקולוגי והוכח שיש השפעה יעילה על התנהגות תאים חיוניים, ES הוא כלי רב ערך עבור הנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית. זה שימש בהצלחה כדי להנחות עצבי2, שלד3, שריר הלב4, עצם5 ופיתוח העור6. יתר על כן, כפי שהוא משפר iontophoresis7, הוא משמש כטיפול חלופי או משלים אלה פרמקולוגיים קונבנציונאליים. היעילות שלה בניהול כאב עדיין בדיון כמו ניסויים קליניים באיכות גבוהה יותר מחכים8,9,10. עם זאת, לא דווחו תופעות לוואי ויש לו פוטנציאל לשפר את רווחת המטופל11,12,13,14,15.
בעוד שרק ניסויים קליניים יכולים לתת פסק דין סופי ליעילות ההליך, במבחנה ובמודלים סיליקו נדרשים ליידע את העיצוב של טיפול ES צפוי כפי שהם מציעים שליטה חזקה יותר על מגוון רחב יותר של תנאים ניסיוניים. השימושים הקליניים שנחקרו של ES הם התחדשות העצם16,17, התאוששות של שרירים denervated18,19, התחדשות אקסונלית לאחר ניתוח20,21, הקלה בכאב22,ריפוי פצעים 23,24,25 ומשלוח סמים יונטפורטי26. כדי שמכשירי ES יוצגו באופן נרחב בכל יישומי היעד האפשריים, ניסויים קליניים טרם ביססו ראיות חזקות יותר לטיפול יעיל. אפילו בתחומים שבהם הן במחקרים בבעלי חיים והן במחקרים בבני אדם מדווחים בעקביות על תוצאות חיוביות, המספר הרב של שיטות שדווחו יחד עם מעט מדי הדרכה כיצד לבחור בינם לבין מחיר רכישה גבוה מרתיע רופאים מלהשקיע במכשירי ES27. כדי להתגבר על כך, כבר לא ניתן להתייחס לרקמת היעד כאל קופסה שחורה (גבול הניסויים ב-in vivo), אך יש לראות בה סינרגיה מורכבת של מערכות משנה מרובות(איור 1).
ניסויי ES מרובים בוצעו במבחנה במהלךהשנים 28,29,30,31,32,33,34. רוב אלה מאפיינים רק את ה- ES דרך ירידת המתח בין האלקטרודות חלקי המרחק ביניהן - קירוב גס של גודל השדה החשמלי. עם זאת, השדה החשמלי עצמו משפיע רק על חלקיקים טעונים, לא על תאים ישירות. כמו כן, כאשר חומרים מרובים משולבים בין ההתקן לתאים, קירוב גס לא יכול להחזיק.
אפיון טוב יותר של אות הקלט דורש תצוגה ברורה על האופן שבו הגירוי מועבר לתא. השיטות העיקריות להעברת ES הן צימוד ישיר, קיבובי וסרקטיבי35,36. התקנים עבור כל שיטה שונים עם סוג אלקטרודה (מוט, מנוור או מתפתל) ומיקום ביחס לרקמת היעד (במגע או מבודד)35. מכשירים המשמשים vivo לטיפולים ארוכים יותר צריכים להיות לבישים, ולכן האלקטרודות ורוב הפעמים מקור האנרגיה מושתלים או מחוברים לעור כתחבושות פצע או טלאים אלקטרואקטיביים. שיפוע המתח שנוצר מזיז חלקיקים טעונים באזור הטיפול.
כפי שהוא משפיע על זרימת החלקיקים הטעונים המתקבלים בקרבת התאים, מבנה הפיגומים הוא בעל חשיבות עליונה בעיצוב פרוטוקולי ES. תצורות שונות של הובלת מטען מתעוררות אם חומר הפלטפורמה, טכניקת הסינתזה, המבנה או הכיוון ביחס לשינוי מעבר הצבע המתח. In vivo, הזמינות והתנועה של חלקיקים טעונים מושפעים לא רק על ידי תאים אלא גם על ידי רשת הקולגן ונוזל interstitial להרכיב את ECM תומך. פיגומים מהונדסים משמשים יותר ויותר כדי לשחזר טוב יותר מיקרו-סביבה של תאים טבעיים במבחנה1,35. במקביל, ECM הוא פיגום טבעי מורכב.
פיגומים מלאכותיים מבוססים על מתכות, מוליכים פולימרים ופחמן, מהונדסים עם דגש על איזון תאימות ביולוגית עם ביצועים אלקטרוכימיים ויציבות לטווח ארוך36. סוג פיגום רב-תכליתי אחד הוא מחצלת סיבית אלקטרו-ספון המציעה טופוגרפיה ננומטרית לשליטה. זה יכול להיות מהונדס כדי להידמות ECM, ובכך לספק רמזים מכניים דומים המסייעים התחדשות של מגוון רחב שלרקמות 37. כדי להשפיע באופן משמעותי על ES, המחצלות צריכות להיות מוליכות במידה מסוימת. עם זאת, פולימרים מוליכים קשה electrospin ומיזוג עם נשאי בידוד מגביל את המוליכות של הסיבים המתקבלים38. פתרון אחד הוא פילמור מונומר מוליך על פני השטח של סיב דיאלקטרי, וכתוצאה מכך כוח מכני טוב ומאפיינים חשמליים של המוצר הסופי38. דוגמה לכך היא ציפוי סיבי אלקטרו-ספון משי עם PEDOT-PSS39מוליך למחצה . השילוב של רמזים מכניים ואלקטרומגנטיים מאיץ באופן משמעותי את צמיחת הנוריט40,41,42. Neurites לעקוב אחר יישור סיבים פיגומים, ולהאריך יותר לאחר חשיפה EF מקביל לסיבים מאשר אנכי אחד43. באופן דומה, יישור של פיגומים סיביים ל- EF גם מקדם התבגרות מיוגנית33.
ה- ECM מורכב בעיקר מחלבונים היוצרים סיביות44, מתוך אותם סוג קולגן אני המרכיב העיקרי בכל רקמות בעלי החיים מלבד סחוס (עשיר בסוג קולגן II)44. טרופוקולגן (TC), קונפורמציה סללית משולשת של גדילי פוליפפטיד, הוא המוטיב המבני של סיבי קולגן45. מיקרוסקופיה אלקטרונית שידור ותמונות מיקרוסקופיה של כוח אטומי של סיבי קולגן מראות תבנית פסים D-תקופתית46 מוסברת על ידי הודג 'ופטרוסקה מודל47 כערכים רגילים של פערי TC וחפיפה45. הגידים מורכבים מטריצת פיברילר קולגנית מיושרת המוגנת על ידי מטריצה פרוטוגליקנית הידרופילית מאוד לא קולגנית48,49. דקורין הוא פרוטאוגליקן קטן עשיר בלאוצין (SLRP) המסוגל לקשור את אזורי הפער של סיבי הקולגן ולהתחבר עם SLRPs אחרים באמצעות שרשראות הצד הגליקוסאמינוגליקניות (GAG) שלהם49. מחקרים שנעשו על גידים מראים כי המאפיינים החשמליים שלהם משתנים באופן משמעותי כאשר hydrated50,51, מנגנון הובלת טעינה משתנה פרוטונית לאיוניק כמו רמת הידרציה עולה51. זה מצביע על כך שהולכה חשמלית לאורך סוג קולגן I fibril יכול להיות מופעל על ידי מעיל מים Decorin, עם פער ואזורי חפיפה בעלי מוליכות חשמלית שונה קבועים דיאלקטריים.
כמו בילוי זהה של ECM על ידי פיגומים מלאכותיים הוא בלתי סביר, הידע לייצר סינרגיה בין in vivo ו במבחנה מופעל על ידי תוצאות מתורגמות נראה במבוי סתום. בדוגמנות סיליקו לא רק מאפשרת מחדש תרגום בין השניים, אלא גם מוסיפה יתרונות חשובים באפיון התהליכים הלא ידועים המעורבים ב- ES. השוואת תצפיות in vivo עם במבחנה יכול להביא מידע על כוח הצימוד בין רקמת היעד לבין שאר האורגניזם, אבל לא לחשוף את מגבלות הידע הנוכחיות. הלא נודע יכול להיחשף על ידי התבוננות בהבדל בין מה שצפוי לקרות על סמך הידע הנוכחי לבין מה שקורה. בניסויי סיליקו המבוססים על מודלים מתמטיים מאפשרים לפצל את התהליך לתת-תהליך ידוע ולא ידוע. בדרך זו, תופעות שאינן בחשבון במודל לצאת לאור כאשר בתחזיות סיליקו משווים במבחנה וניסויים in vivo.
יצירת ובדיקה של השערות לגבי המנגנונים הבסיסיים של האופן שבו תאים ורקמות מושפעים משדות חשמליים מעוכבת על ידי המספר הרב שלפרמטרים 52 שיש לבדוק בנפרד. כדי להגדיר תנאי ניסוי מייצגים, יש לפצל את תהליך ה- ES בתת-תהליך (איור 1) ויש לזהות אותות קלט דומיננטיים המשפיעים על התנהגות התא. מודלים המייצגים השפעות פיזיות בסיסיות של ES על תאים מתארים את התחום שמשתף את ה- EF עם התא - זה של חלקיקיםטעונים 53. ההתנהגות של חלקיקים חיצוניים לתא תלויה microenvironment וניתן לחקור בנפרד מהתא. אות הקלט הדומיננטי עבור התא הוא קבוצת המשנה של פלטי התקן ES הגורמת למידת השונות הגדולה ביותר בתגובת התא. ניתן להשתמש בתת-קבוצה הקטנה ביותר של הפרמטרים הניסיוניים המלאים שיכולים ליצור וריאציות בכל אותות קלט התא הדומיננטיים כדי להקטין את ממד מרחב הפרמטרים ואת מספר מקרי הבדיקה.
הקלט של מודל היעד הביולוגי של ES חייב להיות תת-קבוצה של אותות הפלט המיוצרים על-ידי התקן ה- ES השימושיים בתיאור ההשפעות הפיזיות של ES על תאים. ביו-רקטור פשוט עם צימוד ישיר יש את אותו מבנה כמו תאים אלקטרוליטיים אלקטרוכימיים. מודלים של אלה מראים את התפלגות הצפיפות הנוכחית העיקרית (חשבונאות להתנגדות לפתרונות), משנית (גם אחראית לתגובות פאראדיות) או שלישוני (המהווה גם דיפוזיה של יון). ככל שהמורכבות מתורגמת לעלות חישובית, המודל הפשוט ביותר מתאים ביותר לחקר חלל הפרמטרים. סימולציות של מרוכבים סיביים המונעים על ידי תכונות חומר54 להתמקד תכונות חומר בתפזורת כתוצאה של מיקרו-ארכיטקטורה מורכבת, ולכן לא יכול לתאר השפעות מקומיות של חשיפה EF. קיים במודלים סיליקו, מונע על ידי ES, להתמקד במדגם הביולוגי, בין אם זה תא בודד שקוע במדיום הומוגני55,56,57, או רקמות מורכבות עם מרחב חוץ תאי הומוגני58. טעינה וצפיפות נוכחית (איור 2) יכולות לשמש אותות ממשק בין דגמים של התקן ה-ES לבין המדגם הביולוגי, או בין רכיבים שונים של התקן ה-ES. הפרוטוקול מבוסס FEM המוצע משתמש במשוואות המתוארות באיור 2 ושימש כדי לחקור כיצד ניתן להשתמש בפרמטרים תלויי פיגומים כדי לווסת את שני אותות אלה, ללא תלות ב- EF שנוצר על-ידי הגדרת צימוד ישירה. התוצאות מדגישות כי יש צורך להסביר פיגומים או תכונות חשמליות ECM בעת חקירת איך ES משפיע על תאי היעד.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Comsol multiphysics 5.2 AC/DC module</td>
			<td>COMSOL</td>
			<td>-</td>
			<td>FEM modelling software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

finite element modelling of a cellular electric microenvironment

מחקרים קליניים מראים גירוי חשמלי (ES) להיות טיפול פוטנציאלי לריפוי והתחדשות של רקמות שונות. הבנת המנגנונים של תגובת התא כאשר נחשפים לשדות חשמליים יכולה אפוא להנחות את האופטימיזציה של יישומים קליניים. ניסויי במבחנה שואפים לעזור לחשוף אותם, ומציעים את היתרון של טווחי קלט ותפוקה רחבים יותר שניתן להעריך באופן אתי ויעיל. עם זאת, ההתקדמות בניסויים במבחנה קשה לשחזר ישירות בהגדרות קליניות. בעיקר, הסיבה לכך היא כי מכשירי ES המשמשים במבחנה שונים באופן משמעותי מאלה המתאימים לשימוש המטופל, ואת הנתיב מן האלקטרודות לתאים ממוקדים שונה. תרגום תוצאות במבחנה לתוך הליכי vivo ולכן לא פשוט. אנו מדגישים כי המבנה של microenvironment התאי ואת המאפיינים הפיזיים לשחק תפקיד מכריע בתנאי הבדיקה הניסיוני בפועל ומציעים כי ניתן להשתמש במדדים של חלוקת המטען כדי לגשר על הפער בין במבחנה ו in vivo. בהתחשב בכך, אנו מראים כיצד ב סיליקו אלמנט סופי מודלים (FEM) ניתן להשתמש כדי לתאר את microenvironment הסלולר ואת השינויים שנוצרו על ידי חשיפה לשדה חשמלי (EF). אנו מדגישים כיצד זוגות EF עם מבנה גיאומטרי כדי לקבוע את התפלגות המטען. לאחר מכן אנו מראים את ההשפעה של תשומות תלויות זמן על תנועת הטעינה. לבסוף, אנו מדגימים את הרלוונטיות של מתודולוגיית מודל סיליקו החדשה שלנו באמצעות שני מקרי בוחן: (i) בפוליטרו סיבי (3,4-אתילנדיאוקסיאתיופן) פולי (סטירנסולפונט) (PEDOT-PSS) פיגומים ו-(ii) קולגן ויוו במטריצה חוץ-תאית (ECM).

Watch this Scientific Journal Video about Finite Element Modelling of a Cellular Electric Microenvironment at JoVE.com

Finite Element Modelling of a Cellular Electric Microenvironment

מאמר זה מציג אסטרטגיה לבניית מודלים אלמנט סופי של חומרים מוליכים סיביים החשופים לשדה חשמלי (EF). ניתן להשתמש במודלים כדי להעריך את הקלט החשמלי שהתאים שזורעים בחומרים כאלה מקבלים ולהעריך את ההשפעה של שינוי תכונות החומר המרכיבות את הפיגומים, המבנה או הכיוון שלו.

מידול אלמנט סופי של מיקרו-סביבה חשמלית תאית

Clinical studies show electrical stimulation (ES) to be a potential therapy for the healing and regeneration of various tissues. Understanding the ...

שיטה זו מסייעת לחזות את המיקרו-סביבה החשמלית של תא היושב על פיגום סיבים, כגון המטריצה החוץ-תאית. ישנם שני יתרונות עיקריים הנובעים מדוגמנות אינסיליקו. התחזית של תנאי הניסוי היא תלת-ממדית, בעוד אופטימיזציה מופעלת על ידי הקלות של שינוי פרמטר.גירוי חשמלי מסייע להתחדשות של רקמות מרובות. מודל זה במודלים דומים של אינסיליקו יסייע לאופטימיזציה של הפרמטרים לגירוי. כדי להתחיל, פתח את תוכנת COMSOL ובחר דגם ריק.בבונה מודלים, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הגדרות כלליות, בחר פרמטרים והוסף פרמטרים בהתאם לטבלה הראשונה בכתב היד של הטקסט. באפשרותך להוסיף אותם בזה אחר זה, או לטעון אותם מקובץ טקסט. בבונה המודלים תחת הגדרות גלובליות, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על חומר ובחר חומר ריק כדי להוסיף חומרים.כדי להוסיף מאפייני חומר, עבור אל ההגדרות של החומר החדש שנוסף ולאחר מכן הרחב את תכונות החומר ובחר מוליכות חשמלית ממאפיינים בסיסיים. הקש על סימן הפלוס כדי להוסיף מאפיין. חזור על תהליך זה לקבלת התרה יחסית.מלא את המאפיינים החומריים הנוכחיים, לפי טבלה 2 מכתב היד של הטקסט. לאחר מכן, לחץ שמאלה על הוסף רכיב מהכרטיסיה הביתית ובחר תלת-ממד כדי להוסיף צומת רכיב חדש בבונה הדגמים. שוב, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על גיאומטריה, לחץ שמאלה על רצף ההוספה.לאחר מכן לחץ פעמיים על הדגם המלא ובחר את הרצף המתאים. תחת צומת הרכיב הנוכחי בבונה הדגמים, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על חומרים ובחר קישור חומר. שייך חומרים לכל רכיב בסדר זה, חומר סביב, מעילים וליבות.בכרטיסיה הגדרות עבור החומר שמסביב, הרחב את רשימת הבחירה כדי לבחור בחירת מדיה. הרחב את הגדרות הקישור ובחר את החומר המתאים, כגון מדיית תרבות מהרשימה הנפתחת. כדי לראות את התחומים בתוך בלוק המדיה של התרבות, הפעל את לחצן השקיפות בכרטיסיה גרפיקה.קבע את התצורה של הקישורים החומריים האחרים באותו אופן. בבונה הדגמים, לחץ שמאל על הרכיב הנוכחי, בחר הוסף פיזיקה ולאחר מכן הרחב את מודול AC/DC כדי לבחור את מודול הזרם החשמלי ולחץ על הוסף לרכיב. כדי להגדיר תנאי גבול, בחר בתצוגת XY בכרטיסיה גרפיקה.עבור אל בונה הדגמים שוב, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על צומת הזרמים החשמליים ובחר קרקע. לאחר מכן, השאר את בורר הבחירה עבור בחירת הגבולות פעילה. לחיצה שמאלית על פני החומר המקיף הגבוה ביותר במקביל למישור XZ והוספה גבול חמש בתיבת בחירת הגבול.בבונה הדגמים, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על צומת הזרם החשמלי ובחר מסוף. שמירה על בחירת הגבולות פעילה, לחץ שמאלה על פני החומר המקיף הנמוך ביותר במקביל למישור XZ והוסף גבול גם בתיבת בחירת הגבול. לאחר מכן על ידי הרחבת בחירת המסוף, בחר מתח ברשימה הנפתחת סוג המסוף ומלא V אפס עבור מתח.תחת הגדרות גלובליות בבונה הדגמים, פרמטרים של לחיצה שמאלית ושנו את הפרמטר תטא לזווית כיוון הסיבים הרצויה לסימולציה. הרחב את צומת הרכיבים עבור כל רכיב בבונה הדגמים, ולאחר מכן מימין, לחץ על גיאומטריה ובחר בנה הכל. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על צומת הבסיס של המודל בבונה המודלים ופתח את הכרטיסיה הוספת מחקר.בחר מחקר נייח ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני הוסף מחקר. במסגרת המחקר החדש שנוסף, לחץ שמאלה על שלב ראשון, הרחב את הרחבות המחקר, בדוק את התיבה עידון רשת אדפטיבית ולחץ על מחשוב כדי להשיג את רשת המשנה המעודנת. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על צומת הבסיס של המודל בבונה המודלים ופתח את לשונית הוספת המחקר, בחר מחקר נייח ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הוסף מחקר.במסגרת המחקר החדש שנוסף, לחץ שמאלה על שלב ראשון, הרחב את בחירת הרשת ובחר את רשת הרשת שנוצרה במחקר עידון הרשת האדפטיבית. המשך על-ידי לחיצה ימנית על לחצן המחשוב. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על צומת התוצאות בבונה הדגמים ובחר קבוצת התוויית תלת-ממד לעריכת הגדרות.שנה את התווית כדי לטעון צפיפות ובחר את ערכת נתוני המחקר הפרמטרית על-ידי הרחבת ערכת הנתונים מהרשימה הנפתחת. לאחר מכן, במקרא הצבע, סמן את התיבות עבור הצג מקרא והצג ערכים מרביים ומינימליים. שוב תחת צומת התוצאות, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על צפיפות טעונה כדי לבחור אמצעי אחסון והמשיך לערוך את הכרטיסיה הגדרות.הרחב את כרטיסיית הנתונים ולאחר מכן בחר מתוך אב ומלא את EC. RHOQ בתיבת הביטוי. סמן את תיבת טווח הצבעים הידנית מהכרטיסיה טווח והגדר את המינימום והמקסימום למינוס 0.3 ו- 0.3 בהתאמה. הרחב את הצביעה והסגנון והגדר צביעה לטבלת צבעים ולטבלת צבעים לגל.סמן את תיבת מקרא הצבע ואת טווח הצבעים של סימטי. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על בונה אמצעי האחסון והמודל ובחר מסנן. עבור לכרטיסיה הגדרות ומלא את הביטוי הלוגי להכללה.לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על לחצן ההתוויה כדי להציג באופן חזותי תוצאות בחלון הגרפיקה. בניתוח זה מוצגים חמישה שלבי מורכבות גיאומטריים שונים שהשפיעו על תוצאת הסימולציה. רשת רשת גסה מדי, יכולה להסתיר מידע רלוונטי.באמצעות עידון רשת אדפטיבית, רשת עם אלמנטים קטנים יותר מתקבלת, כפי שהוא נדרש לתוצאות מדויקות. ברמות שונות של מורכבות עבור דגם המט הסיבי, כוחו של השדה החשמלי הושפע מיישור הסיבים ביחס לשיפוע הפוטנציאלי. בנוסף, יישור הסיבים בזווית למעבר צבע פוטנציאלי חשמלי משפיע על צפיפות החלל הטעון במדיה של תרבית התא שמסביב.במחקר כיוון הסיבים הפיגומים, תחזיות מודל RNC של מצב המחקר הומחשו כאשר סיבים היו מקבילים או מאונכים לשדה החשמלי. צפיפות המטען וצפיפות הזרם הושפעו מיישור סיבי פיגומים ביחס לשדה החשמלי. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של שינויי פרמטר על צפיפות הטעינה סביב מקטע פיגום סיבים.חשוב לזכור, כי על ידי שינוי פרמטרי מודל, כגון נתונים או תכונות חומר, טווח צפיפות המטען המתקבל עשוי להשתנות באופן משמעותי. לקבלת תצוגה חזותית מיטבית, יש למטב את הטווח כך שניתן יהיה להבחין בה שונות מרבית בצפיפות הטעונה.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Bioengineering

Unit 1

Electric Charges and Fields

SCIENTISTS IN ACTION

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

מכשיר microfluidic ליצירה מחדש של גידול microenvironment<em&gt; במבחנה</em

We have developed a microfluidic device that mimics the delivery and systemic clearance of drugs to heterogeneous three-dimensional tumor tissues in ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

ליפידים מיצוי נייד עבור דילול ממוקד איזוטופ יציב ניתוח כרומטוגרפיה נוזלית ספקטרומטריית-Mass

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Tissue Engineering of Tumor Stromal Microenvironment with Application to Cancer Cell Invasion

הנדסת רקמות של גידול סטרומה Microenvironment עם בקשה לפלישת תאי הסרטן

3D organotypic cultures of epithelial cells on a matrix embedded with mesenchymal cells are widely used to study epithelial cell differentiation and ...

A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

ניסוי-סופי יחד אלמנט דוגמנות מתודולוגיה להערכת הזנים שיעור גבוהים מכאנית תגובה של Biomaterials רך

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. ...

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

ניסויי ו אלמנטים סופיים פרוטוקול לחקר התחבורה של מומסים ניטראליים והואשמו ברחבי Articular סחוס

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

שיפור תרבויות הידרוג 3D של תאי גליה העיקרי עבור במבחנה דוגמנות של Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Creating a Structurally Realistic Finite Element Geometric Model of a Cardiomyocyte to Study the Role of Cellular Architecture in Cardiomyocyte Systems Biology

יצירת מודל גיאומטרי מבנית מציאותי סופיים של Cardiomyocyte ללמוד את התפקיד של אדריכלות הסלולר Cardiomyocyte במערכות ביולוגיות

With the advent of three-dimensional (3D) imaging technologies such as electron tomography, serial-block-face scanning electron microscopy and confocal ...

Fabrication of a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment Array

ייצור של מערך מרובבת MicroEnvironment הסלולר מלאכותי

Cellular microenvironments consist of a variety of cues, such as growth factors, extracellular matrices, and intercellular interactions. These cues are ...

Calorespirometry: A Powerful, Noninvasive Approach to Investigate Cellular Energy Metabolism

Calorespirometry: גישה חזקה, לא פולשנית כדי לחקור את חילוף החומרים האנרגיה התאית

Many cell lines used in basic biological and biomedical research maintain energy homeostasis through a combination of both aerobic and anaerobic ...

Autofluorescence Imaging to Evaluate Cellular Metabolism

הדמיית זרם אוטומטי להערכת חילוף החומרים התאי

Cellular metabolism is the process by which cells generate energy, and many diseases, including cancer, are characterized by abnormal metabolism. Reduced ...